激光通信地面终端主镜及其支撑结构设计与分析

发布时间：2020-05-05 02:07

【摘要】：激光通信与传统无线微波通信相比,具有数据率高、激光频率高、通信容量大、光学增益大、发散角小、强抗干扰和抗截获能力等优势,其系统体积小、质量轻、功耗低,非常适合空间环境的通信。激光通信地面终端结构是星地激光通信试验中重要的一部分,其主镜及支撑结构优良的光轴稳定性和镜面面形质量能够使激光通信更加稳定可靠。本文以星地激光通信为应用背景,针对星地激光通信地面终端主镜及其支撑结构进行了研究,为保证主镜结构光轴稳定性和较高的镜面面形质量,主要进行了以下研究内容:首先,分析了国内外星地激光通信地面终端结构,对主镜支撑方法进行论述和分析对比,结合本论文的光学参数确定了主镜的总体支撑方案;对主镜面形评价方法进行分析论述。接着,根据确定的主镜支撑方案,采用集成分析的方法对主镜支撑位置进行参数化建模,建立神经网络近似模型,对主镜支撑位置进行参数化优化,得到主镜最优支撑位置,计算主镜在0°~90°之间的面形精度。并对主镜的支撑结构进行优化设计和有限元分析。然后,对主镜的轻量化形式进行分析对比,基于多目标优化和折衷规划法理论,构建一种考虑多工况结构刚度和质量最小化的优化模型,对主镜进行轻量化设计。对拓扑优化后的主镜结构进行尺寸二次优化,优化后主镜的质量为6.9kg,光轴竖直时面形RMS值为2.77nm。与优化前相比主镜的重量更轻,面形精度更高,能够满足技术指标要求,验证了该优化方法的合理性。最后,对支撑结构底板进行优化设计,对主镜及其支撑结构进行装配,建立有限元模型,进行静力学和动力学分析。整体分析结果表明,主镜的面形满足技术指标要求,最低频率满足要求。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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本文编号：2649354